【正文】 物體基圖像編碼。模型基圖像編碼的關(guān)鍵是對特定的圖像建立模型，并根據(jù)這個(gè)模型確定圖像中景物的特征參數(shù)。由于編碼的對象是特征參數(shù)而不是原始圖像，因此可以得到較大的壓縮比。因此重建圖像非常自然逼真。 分形編碼利用分形幾何的自相似性原理來壓縮圖像?；謴?fù)時(shí)由該代碼按規(guī)律迭代重構(gòu)圖像。另外，該算法復(fù)雜，所需時(shí)間較長。作為一種多尺度、多分辨率的分析方法，由于小波具有很好的時(shí)——頻或空——頻局部特性，特別適合于按照人類視覺系統(tǒng)特性設(shè)計(jì)圖像壓縮編碼方案，也非常有利于圖像的分層傳輸。 圖像壓縮編碼的國際化標(biāo)準(zhǔn) 圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)化背景在圖像通信中，參與通信的各方設(shè)備都必須能夠理解發(fā)送方的“話語”，即能夠把碼流還原成圖像。如果發(fā)送方和接收方采用不同的編解碼方法，圖像解壓就根本不可能；即便是雙方采用了相同的編解碼方法，但如果所用的參數(shù)有某些不同，也會(huì)導(dǎo)致不能正確解碼和恢復(fù)原圖像。在當(dāng)今開放的時(shí)代，人們希望圖像在經(jīng)過壓縮、存儲(chǔ)或傳輸之后，不管用戶用什么解壓縮流程，只要該流程與壓縮流程遵循同一標(biāo)準(zhǔn)，就能夠解壓縮并恢復(fù)原圖像。這一點(diǎn)對用戶非常重要，用戶可以根據(jù)自己的要求去挑選不同的產(chǎn)品而不必?fù)?dān)心它們之間的互通性，從而擺脫對某一廠家的過分依賴?；谏鲜鲈颍瑖H上的一些組織如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電信聯(lián)盟（ITU）、國際電子電機(jī)工程師委員會(huì)（IEEE）等一直致力于標(biāo)準(zhǔn)化的工作，并已取得豐碩的成果，如JPEG、MPEG、[6]都給廠家和用戶提供了巨大的方便。其實(shí)在JBIG之前就有兩個(gè)非常重要的二進(jìn)制圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：一個(gè)是CCITTG3()，采用了MR(MODIFIED READ)技術(shù)，這是一種算法結(jié)構(gòu)。G3和G4對傳真機(jī)和黑白文檔的存儲(chǔ)很重要，而JBIG編碼的特點(diǎn)是：其編碼效率高于G3/G4。這對于通過通信方式從數(shù)據(jù)庫中查詢檔案資料是一種實(shí)用效率極高的必要措施。其主觀質(zhì)量明顯優(yōu)于簡單地在水平和垂直方向作亞取樣。2. JPEG此即聯(lián)合圖像專家組（JPEG）1992年提出的一種用于連續(xù)色調(diào)靜止圖像壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)質(zhì)圖像達(dá)到1BIT/PIXEL（)，而和原圖相比看不出差別時(shí)大約為4BIT/PIXEL，這些目標(biāo)都已經(jīng)達(dá)到。3. 1990年7月CCITT第15研究組通過了該建議草案，它是世界各國幾十年經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是使會(huì)議電視/可視電話圖像壓縮編碼技術(shù)走向標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)用化的一個(gè)里程碑。它在確?；ネㄐ院图嫒菪缘幕A(chǔ)上以一種恰當(dāng)?shù)男问綄Ρ匾膬?nèi)容作了嚴(yán)格限制，如規(guī)定了“MC+DPCM+INTER/INTRA+ DCT+Q+2DVLD”這個(gè)大框架及一些編碼傳輸格式。今天。僅從二維空間方向的編碼來看，MPEG與JPEG幾乎完全相同，均以DCT作為基本要素。MPEG標(biāo)準(zhǔn)分為兩個(gè)主要方面：MPEG1和MPEG2。MPEG2的預(yù)測結(jié)構(gòu)由MPEG1的幀結(jié)構(gòu)改為場結(jié)構(gòu)，以便適應(yīng)電視圖像的隔行掃描方式，它主要適應(yīng)于CATV、數(shù)字電視、電視點(diǎn)播和數(shù)字視頻廣播（DVB）系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)是支持通信、存取和處理聲像數(shù)據(jù)的新一代標(biāo)準(zhǔn)。對MPEG4的期望是應(yīng)具有基于內(nèi)容的存取和處理能力，編碼器能識(shí)別圖像中的目標(biāo)，并跟蹤它的移動(dòng)；并且MPEG4要與物理網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，具有交互性和解碼的可卸載性。5. 1995年6月ITUT通過了該標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)采用了DCT、二維ZIGZAG游程Huffman編碼或基于語法的算術(shù)編碼方法（），原因在于編碼表不一樣。同時(shí)為了進(jìn)一步改善運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)男Ч?，：無限制的運(yùn)動(dòng)矢量模式——為了克服圖像邊緣處運(yùn)動(dòng)矢量搜索所受的限制以及某些由于攝像機(jī)的抖動(dòng)所造成的編碼效果的下降（如FOREMAN序列）而提供的模式；先進(jìn)預(yù)測模式——16像素宏塊縮小到88的像素塊，采用了塊交疊運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，降低了基于方塊的編碼方法所帶來的方塊效應(yīng)；PB幀模式（PBFRAMES MODE）——B幀的雙向預(yù)測技術(shù)在MPEG2中取得了較好的效果，比如可以消除新背景移出而帶來的前向預(yù)測的錯(cuò)誤。，在相同碼率下，該選項(xiàng)可進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。在ISDN短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)的情況下。6. +它是ITUT最近新提出的建議。這種分層技術(shù)可以分為：時(shí)間分層、信噪比分層、空間分層。同時(shí)圖像序列的時(shí)鐘頻率也可以協(xié)商調(diào)整。——分片結(jié)構(gòu)：該技術(shù)吸收了MPEG2建議的分片結(jié)構(gòu)形式，將圖像分為幾個(gè)分片，分片之間無重疊，比特流中的分片數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，這樣某個(gè)分片的數(shù)據(jù)壞了之后，不影響其他分片的正確譯碼。為進(jìn)一步提高壓縮比采用了：——先進(jìn)的幀內(nèi)編碼模式：+為幀內(nèi)編碼定義了新的編碼方式，包括編碼塊系數(shù)反量化修正和獨(dú)立的幀內(nèi)編碼表。由于幀內(nèi)編碼的系數(shù)和幀間編碼的系數(shù)的概率分布并不一樣，+則采用了不同的碼表，提高了編碼效率。這種技術(shù)要求譯碼器的處理速度要高，因?yàn)樗獙ο禂?shù)進(jìn)行兩次譯碼，取正確的一個(gè)作為解碼系數(shù)。采用的圖像或分段信息可通過后向通道進(jìn)行傳輸。為改進(jìn)圖像的重建質(zhì)量和改善編碼控制，采用了：——塊效應(yīng)消除濾波器：?！档头直媛矢拢涸趫D像有劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，編碼的效率將降低，但這又造成了更嚴(yán)重的動(dòng)畫效應(yīng)和幀間預(yù)測誤差擴(kuò)散，使譯碼圖像質(zhì)量急劇降低；+中采用將編碼圖像的分辨率降低到原圖的1/4，即長寬均減半，這樣編碼比特率就可降下來，譯碼時(shí)內(nèi)插到原圖的分辨率，這就避免了幀率的下降及圖像質(zhì)量的急劇下降。+，控制上也更靈活，適用范圍也更廣。 像素編碼像素編碼是對像素進(jìn)行單獨(dú)編碼，不考慮像素之間的相關(guān)性，如相鄰像素之間的線性。香農(nóng)編碼和霍夫曼編碼都是根據(jù)像素的概率通過不同的方法進(jìn)行編碼，游程編碼是通過統(tǒng)計(jì)像素的數(shù)目，對每行的像素直接進(jìn)行編碼。游程編碼的編碼原理很簡單，就是將一行中顏色相同的像素值用顏色值和計(jì)數(shù)值表示。下面利用Matlab對圖31中的兩幅圖（1）和圖（2）進(jìn)行游程編碼，并且進(jìn)行比較[7]。壓縮圖像大小：Size：1111296；Bytes：111296；Class：Unit8 陣列；總計(jì)為111296元素使用111296個(gè)字節(jié)。壓縮圖像大小：Size：14484；Bytes：4484；Class：Unit8 陣列；總計(jì)為4484元素使用4484個(gè)字節(jié)。而圖31（2）通過該編碼方法得到了較大的壓縮比。但相鄰像素變化頻率高時(shí)，用此方法壓縮反而會(huì)增加傳輸數(shù)據(jù)量。像素編碼方法簡單，無須對圖像做過多的處理，就可以達(dá)到壓縮的目的。DCPM編碼原理就是利用相鄰像素之間的相關(guān)性，對樣本值與預(yù)測值之間的差值進(jìn)行編碼，即真正用來傳輸?shù)男畔⒌木褪沁@個(gè)差值。(1)原灰度圖 (2)利用三個(gè)相鄰線性預(yù)測后的圖像 (3)編碼后的絕對殘差圖像(4)解碼用的殘差圖像 (5)使用殘差和線性預(yù)測重建后的圖像 (6)解碼重建后圖像的誤差圖32 利用預(yù)測編碼處理的圖像我們可以從圖32中看出編碼的絕對殘差圖像相對于原始圖像的信息量已大大減少，并且重建后的圖像誤差也可以忽略不計(jì)。預(yù)測編碼以它的優(yōu)點(diǎn)，在通信領(lǐng)域的圖像傳輸中發(fā)揮了重要的作用。變換方法有KL變換、DFT變換、DCT變換、哈爾變換等。其中常用的系數(shù)量化方法有：區(qū)域編碼、門限編碼、行程編碼等。(1)原始圖像 (2)壓縮后的圖像 圖33 經(jīng)過DCT壓縮后的圖像 其它編碼預(yù)測編碼是利用相鄰像素在灰度上的相關(guān)性，進(jìn)行差分編碼，而變換編碼是利用整塊圖像所有像素在灰度上的相關(guān)性，對變換系數(shù)進(jìn)行編碼。其中小波壓縮編碼在很多領(lǐng)域中已經(jīng)是熱門的研究方法。(1)原始圖像 (2)分解后低頻和高頻信息(3) 第一次壓縮圖像 (4)第二次壓縮圖像圖34 利用小波進(jìn)行壓縮后各個(gè)效果圖圖像利用小波分解去掉圖像中的高頻部分保留低頻部分，從而達(dá)到壓縮目的。從理論上講，小波編碼壓縮可以得到任意壓縮比的壓縮圖像，實(shí)際中要視情況而定，因?yàn)樵趯嚎s比和圖像都有較高要求時(shí)，它的效果就不如其它編碼方法了。 JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)新聞圖片、衛(wèi)星圖片、偵察圖片等均屬于靜止圖像，對這類靜止圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，在傳輸和存儲(chǔ)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)這種算法也被確定為JPEG標(biāo)準(zhǔn)。JPEG的目的是為了給出一個(gè)適用于連續(xù)色圖像的壓縮方法，使之能滿足以下要求：A. 達(dá)到或接近當(dāng)前壓縮比與圖像保真度的技術(shù)水平，能覆蓋一個(gè)較寬的圖像質(zhì)量等級(jí)范圍， 能達(dá)到“很好”到“極好”的評估，與原始圖像相比，人的視覺難以區(qū)分。C. 計(jì)算的復(fù)雜性是可以控制的，其軟件可在各種CPU上完成，算法也可用硬件實(shí)現(xiàn)。累進(jìn)編碼圖像編碼在多次掃描中完成。3. 分層編碼圖像在多個(gè)空間分辨率進(jìn)行編碼。根據(jù)以上的目的，JPEG實(shí)際上定義了3種編碼系統(tǒng)：基于DCT的有損編碼基本系統(tǒng)，使用于絕大多數(shù)壓縮應(yīng)用場合。用于無失真應(yīng)用場合的無損系統(tǒng)。 基于DCT的JPEG圖像壓縮編碼理論算法 基于離散余弦變換（DCT變換）的JPEG編碼方法變換編碼技術(shù)是指對圖像信號(hào)作數(shù)學(xué)變換，產(chǎn)生一組變換系數(shù)，然后對這些系數(shù)進(jìn)行量化、編碼，使其有利于壓縮目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。一般采用正交變換。但就變換的成本和實(shí)時(shí)性來說，KL變換通常被認(rèn)為是最困難的一種變換。DCT變換是一種與傅立葉變換緊密相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算。DCT變換是對固定的某一像素塊（通常是88）進(jìn)行的變換，其64個(gè)像素的二維空間頻率分量的幅值稱為DCT系數(shù)，以標(biāo)識(shí)像素值的相關(guān)程度。其步驟是：首先，將圖像分為88的像素塊，根據(jù)從左到右，從上到下的光柵掃描方式進(jìn)行排序。這種均勻的標(biāo)量量化表可以作JPEG 標(biāo)準(zhǔn)的一部分。 基于DCT的JPEG圖像壓縮編碼算法的過程表述源圖像YUV圖像①②88子塊③DCT變換量化編碼壓縮圖像數(shù)據(jù)量化表編碼表⑤⑥④基于DCT編碼的JPEG編碼壓縮過程框圖如圖35所示。在解碼過程中，先對已編碼的量子化的DCT系數(shù)進(jìn)行解碼，然后求逆量化并把DCT系數(shù)轉(zhuǎn)化為88樣本像塊(使用二維DCT反變換)，最后將操作完成后的塊組合成一個(gè)單一的圖像。 基于DCT的JPEG圖像壓縮編碼步驟1. 顏色空間的轉(zhuǎn)換和采樣JPEG文件使用的顏色空間為1982年推薦的電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)CCIR 601 (現(xiàn)為ITURB )。JPEG只支持顏色模式。全彩色圖像模式轉(zhuǎn)換到模式，變換公式如式（31）：（31）其逆變換如式（32）：（32）JPEG是以88的塊為單位來進(jìn)行處理的，由于人眼對亮度的敏感度比色度的敏感度大的多，所以采用縮減取樣的方式，通常采用YUV422取樣，如圖36所示：圖36 YUV422取樣示意圖即對于1616的塊，取4個(gè)88的塊，各取2個(gè)88的塊。YUV422取樣方式，數(shù)據(jù)減少1/3?？s減取樣一般采用如圖37所示方法：abcd……b39。e圖37 壓縮取樣示意圖2. 二維離散余弦變換[8]DCT變換利用傅立葉變換的性質(zhì)，采用圖像邊界褶翻將圖像變換為偶函數(shù)形式，然后對圖像進(jìn)行二維傅立葉變換，變換后僅包含余弦項(xiàng)，在將其離散化由此可導(dǎo)出余弦變換，或稱之為離散余弦變換(DCT，Discrete Cosine Transform)。二維離散余弦逆變換公式為（34）式中， 。在編碼器的輸入端，把原始圖像順序地分割成一系列88的子塊，子塊的數(shù)值在128到127之間。變換公式如下：（35）式中。因此進(jìn)行圖像壓縮時(shí)離散余弦變換矩陣可以舍棄右下角的高頻數(shù)據(jù)。對于基于DCT的JPEG圖像壓縮編碼算法使用如圖310所示的均勻量化器進(jìn)行量化，量化步距是按照系數(shù)所在的位置和每種顏色分量的色調(diào)值來確定。此外，由于人眼對低頻分量的圖像比對高頻分量的圖像更敏感，因此原始圖像中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。表中可以看出，高頻部分對應(yīng)的量化值大，目的就是將高頻部分編程接近于0，以便以后處理。方法就是改變量化值。4. 量化系數(shù)的編排量化后的系數(shù)要重新編排，目的是為了增加連續(xù)的“0”系數(shù)的個(gè)數(shù)，就是“0”的游程長度，方法是按照Z字形的式樣編排。因此，量化系數(shù)按Z字形掃描讀數(shù)，這樣就把一個(gè)88的矩陣變成一個(gè)164的矢量，頻率較低的系數(shù)放在矢量的頂部。坐標(biāo)u=v=0的直流系數(shù)DC實(shí)質(zhì)上就是空域圖像中64個(gè)像素的平均值。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，JPEG算法使用了差分脈沖調(diào)制編碼技術(shù)。此差值稱為預(yù)測誤差。所以可用少幾位編碼比特來對預(yù)測誤差編碼，從而降低其比特率。因此，對DC系數(shù)編碼進(jìn)行差分脈沖編碼就是對相鄰圖像塊之間量化DC系數(shù)的差值進(jìn)行編碼，即對相鄰塊之間的DC系數(shù)的差值DIFF=DCDC編碼。量化AC系數(shù)的特點(diǎn)是164矢量中包含有許多“0”系數(shù)，并且許多“0”是連續(xù)的，因此使用非常簡單和直觀的游程長度編碼（RLE）對它們進(jìn)行編碼。該壓縮編碼技術(shù)相當(dāng)直觀和經(jīng)濟(jì)，運(yùn)算也簡單，因此解壓縮速度很快。63個(gè)AC系數(shù)采用行程編碼的方式進(jìn)行編碼的格式如圖312所示：第一字節(jié)第二字節(jié)兩個(gè)非零值之間的連續(xù)零的個(gè)數(shù)下一個(gè)非零值所占的比特?cái)?shù)下一個(gè)非零系數(shù)的實(shí)際值圖312 AC編碼格式也即在AC01到AC63中，找出每一個(gè)非零的AC值，將其表示成(NN/SS)VV的形式，其中：NN表示該AC值前的0的個(gè)數(shù)。如果連續(xù)的非0超過15個(gè)時(shí)，增加一個(gè)擴(kuò)展字節(jié)：(15/0)表示連續(xù)16個(gè)0。7. 組成位數(shù)據(jù)流JPEG編碼的最后一步是把各種標(biāo)記代碼和編碼后的圖像數(shù)據(jù)組成一幀一幀的數(shù)據(jù)，這樣做目的是為了便于傳輸、存儲(chǔ)和譯碼器進(jìn)行譯碼，這樣組織的數(shù)據(jù)通常稱為JPEG位數(shù)據(jù)流。At pression ratios above 30:1, JPEG performance rapidly deteriorates, while wavelet coders degrade gracefully well beyond ratios of 100::1以上的壓縮比，JPEG格式的性能迅速惡化，而小波編碼適度地降低遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100:1的比率。 biorthogonal perform better than W6。